扩散峰度成像在帕金森病早期诊断中的应用价值探讨

李燕，司海娜，田玉玲，王效春

帕金森病(Parkinson's disease，PD)是中老年人常见的退行性疾病，发病机制不明，呈慢性进行性病程，早期临床表现多为阴性，现认为早期诊断及治疗是延缓疾病进展的关键措施[1]。因此，选择适当的检查手段进行PD的早期诊断，具有重要临床意义。近年来，磁共振技术已经广泛应用于PD的诊断与鉴别诊断，但对于PD早期诊断仍留有疑问。扩散峰度成像 (diffusion kurtosis imaging，DKI)可以量化脑组织中水分子的非高斯扩散，敏感地检测和区分脑组织的病理学改变[2]，为监测PD早期的病理改变提供技术支持。本研究应用DKI技术测量PD早期患者和健康对照者双侧黑质、尾状核、苍白球、壳核、丘脑的DKI参数值，并与病程、临床评分进行相关性分析，旨在探讨DKI在PD早期诊断的价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

将2017年9月至2018年9月在山西医科大学第一医院神经内科就诊的30例PD患者根据症状的严重程度将其分为早期和中晚期[3]。排除神经或精神疾病、图像质量差或其它器质性病变者，21例PD早期患者纳入本研究，行常规颅脑磁共振及DKI扫描(均停药12 h以上)，其中男10例、女11例；年龄45～76岁，平均年龄(64.33±8.94)岁；病程1～8年，平均(3.58±1.85)年；所有患者对左旋多巴治疗敏感。记录所有PD早期患者的临床资料：Hoeh-Yahr (H-Y)分级：1.0级3例，1.5级2例，2.0级9例，2.5级4例；21例患者全部为右利手，其中8例左侧肢体先发病，13例右侧肢体先发病；帕金森病统一评定量表(unified Parkinson's disease rating scale，UPDRS)第三部分(UPDRS-Ⅲ)评分为(27.76±2.35)分；采用简易智力状况检查量表(minimental state examination，MMSE)及蒙特利尔认知量表(Montreal cognitive assessment scale，MoCA)评价PD早期患者的认知功能。同期选取20例性别、年龄与PD组相匹配的健康志愿者作为对照(healthy controls，HC)组。健康志愿者的选取标准包括：既往体健，一般检查及神经功能检查无异常；脑磁共振解剖信号正常，或者轻度异常者(T2 FLAIR有轻度白质疏松改变)。本研究已获得山西医科大学第一医院伦理委员会批准，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 图像采集

使用Siemens 3.0 T Skyra磁共振成像仪，采用头颅表面线圈作为发射和接收线圈。DKI采用平面回波(echo planar imaging，EPI)序列，扫描参数：TR 4000 ms，TE 116 ms，层厚4 mm，层间距1.2 mm，层数28，矩阵192×192，FOV 220 mm×220 mm，分辨率192，b值为0、1000、2000 s/mm2，扩散方向30，扫描时间4 min 51 s。

1.3 数据处理

DKI图像后处理：将原始DKI图像由DICOM格式由micron软件(http://www.Mccauslandcenter.sc.edu/mricro/mricron/)中的dcm2niigui.exe程序转换为NIFITI格式，然后进行头动、涡流校正及高斯平滑降噪等预处理，再导入扩散峰度测量器(diffusion kurtosis estimator，DKE)软件进行处理[4]，得到各向异性系数(fractional anisotraph，FA)图、平均扩散系数(mean diffusivity，MD)图、平均峰度(mean kurtosis，MK) 图。在2名高年资磁共振医师指导下，利用micron软件分别在所获得的图像上，与常规颅脑MRI解剖图像对照，辨识各灰质核团的位置，当二者意见不一致时，由第三名副主任医师决定，在双侧黑质(substantia nigra，SN)、尾状核(caudate nucleus，CN)、苍白球(globus pallidus，GP)、壳核(putamen，PU)及丘脑(thalamus，TH)最大最清晰的连续3个层面，直接勾画感兴趣区域(region of interest，ROI)，双侧对称测量，并且避开脑脊液、血管等伪影，记录每个ROI的各DKI参数值(FA值、MD值及MK值)，取其均值为最终参数值。

1.4 统计分析

使用SPSS22.0软件(IBM Corporation，Somers，NY，USA)对数据进行统计分析。对PD组及HC组的临床资料及双侧感兴趣区的DKI参数值进行正态性检验，符合正态分布以±s表示，否则以中位数(四分位间距)表示。组内对称部位DKI参数的比较，采用配对样本t检验。组间差异的显著性，定性资料采用χ2检验，定量资料则选择两独立样本t检验。DKI成像参数与PD早期患者的病程、H-Y分级及临床评分的相关性分析，选择Pearson或Spearmen秩相关分析。以受试者工作特性(receiver operating characteristic，ROC)曲线评价DKI参数值对PD早期患者的诊断效能，当曲线下面积(area under the curve，AUC)为0.5～0.7 (包含0.5)时，表示诊断准确性较低；0.7～0.9 (包含0.7)时表示准确诊断性中等，0.9及0.9以上表示诊断准确性较高。

2 结果

2.1 研究对象一般资料

表1显示PD组与HC组的年龄和性别差异无统计学意义。

2.2 PD组与HC组各感兴趣区DKI参数比较

与HC组相比，PD组双侧尾状核、苍白球、壳核、丘脑的FA值降低，差异均具有统计学意义(P＜0.05)；PD组双侧黑质的MK值较HC组明显升高，差异有统计学意义(P＜0.05)。PD组双侧对称部位DKI参数的比较行配对样本t检验，结果显示双侧尾状核及壳核的FA值差异有统计学意义(P＜0.05) (表2；图1，2)。

2.3 PD早期患者DKI参数与病程、临床评分的相关性分析

除右侧黑质的M K 值与H-Y 分级呈负相关(t=-0.474，P=0.030)，余感兴趣区的DKI参数与临床评分均无相关性；所有感兴趣区的DKI参数与病程均没有相关性(表3)。

表1 受试者基本资料Tab. 1 Clinical data of the subjects

表2 两组间各参数值比较及结果Tab. 2 Comparison of values of various parameters between the two groups and results

表3 PD早期患者双侧黑质的MK值与病程及临床评分的相关性Tab. 3 Correlation between MK values of bilateral substantia nigra in patients with early PD and disease course and clinical score

表4 DKI参数对PD早期患者诊断效能Tab. 4 Diagnostic efficacy of DKI parameters in early PD patients

2.4 DKI参数值对PD早期患者的诊断效能

双侧苍白球、尾状核、壳核、丘脑的FA值及双侧黑质MK值的AUC均介于0.7～0.9，诊断准确性中等。其中，左侧尾状核、右侧壳核、右侧丘脑的FA值及左侧黑质的MK值的AUC均大于0.8；在PD早期患者诊断效能中，双侧黑质的MK值特异性最高，双侧壳核的FA值的敏感性最高(表4)。

3 讨论

关于PD的临床研究[5-7]证实，颅脑扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)尽管可以作为追踪PD进展的可行性方法，但在监测颅脑灰质方面仍有许多局限性。DKI是DTI的扩展技术，对组织结构的异质性极度敏感，在监测灰质核团细微改变方面有显著优势；不仅可以获得DTI的常规参数(FA值、MD值)，还可以获得扩散的峰度相关参数(MK值)[2，8]；目前，PD早期诊断主要依靠临床主观评价，DKI可以提供定量的客观指标，对PD的早期诊断具有增益价值。

3.1 DKI各参数对PD早期患者的诊断价值

本研究结果表明，PD组与HC组相比，双侧尾状核、苍白球、壳核、丘脑的FA值降低，统计学具有显著差异，同既往研究结果一致[9-11]，Zhan等[11]推测，PD患者部分区域FA值的减低反映相应部位多巴胺能神经元的变性，认为部分功能连接的退化有区域性差异；Planetta等[9]认为纤维束破坏导致环路中断是引起FA值减少的主要原因；本研究证实PD早期患者灰质FA值的减低，可以推断在PD发病早期已经存在基底节核、丘脑细微结构的改变。此外，Zhan等[11]报道黑质FA值的降低有助于诊断早期PD，但也有研究称PD患者黑质的FA值无明显变化[12-13]，本研究对PD组及HC组双侧黑质的FA值进行了对比研究，并未发现统计学差异，可能与PD患者病情的严重程度有关。

本组数据中，PD患者均处于疾病早期，尽管PD组所有感兴趣区的MD值均有升高，但与HC组无统计学差异，这与以往的研究结果一致[5，11]，部分学者发现尾状核、壳核、苍白球、丘脑及黑质的MD值在PD患者进展期升高，且升高程度与病情严重程度一致[11，14]，结合本研究，推测部分核团MD值增加的幅度有助于鉴别早期及进展期PD。

DKI采用高b值或q空间的成像技术评价扩散峰度MK值，由于灰质结构的各向同性，与各向异性FA值相比，MK值可以敏感地检测病理改变，因此，MK值为水分子扩散及细微结构的变化提供了更完整的信息[8]。本研究与既往文献结果一致[15]，即PD早期患者双侧黑质MK值较HC组明显升高，具有统计学意义，可能由于PD早期的炎症及氧化应激反应，导致水分子扩散受限而引起MK值升高[16]；本研究还发现双侧黑质的MK值对PD早期患者诊断的特异性均大于90%，但敏感度小于80%，说明黑质的MK值对早期PD的诊断有较高的效能，需今后进行大样本检验。Wang等[17]观察到PD患者早期与中晚期的尾状核、壳核、苍白球和黑质的MK值均有升高，而本研究并未与中晚期PD患者进行对比观察，因此，灰质核团的MK值在鉴别早期与中晚期PD患者的诊断价值，有待进一步研究。

3.2 DKI参数与PD早期患者临床指标的相关性

本研究还发现，PD早期患者仅右侧黑质的MK值与H-Y分级呈负相关，所有感兴趣区与病程、左侧黑质及其它感兴趣区的DKI参数值与临床评分均无相关性，与有些学者的研究结果不符[13，15，17]，分析本研究结果出现差异原因可能是PD患者偏身侧差异及ROI的人工勾画等影响，关于灰质结构的DKI参数与病程及临床评分的相关性，需要未来进行探究。

综上所述，本研究提示PD患者早期的扩散峰度成像中即出现了灰质结构的异常，具体表现为双侧尾状核、苍白球、壳核、丘脑的FA值降低和双侧黑质MK值增加，为深入研究PD早期的发病机制提供了神经影像学依据。当然，本研究也存在一些不足，样本量过小，感兴趣区均为手工勾画，可能存在一定误差；此外，关于PD早期及中晚期DKI参数的纵向比较，及不同运动障碍亚型间的功能磁共振的对比[18]，将来应该进行更加细致的研究。

利益冲突：无。